專利名稱：一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，特別涉及一種涉及汽車用三元催化器金屬載體制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
汽車尾氣三元催化器可以顯著降低尾氣排放污染。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，以蜂窩陶瓷為催化劑載體三元催化器的技術(shù)日漸成熟，但該技術(shù)進一步發(fā)展的一個突出問題是，目前汽車尾氣排放物(主要是碳氫化合物和氧化氮化合物)的60～80％來自汽車啟動的1～3分鐘內(nèi)，而陶瓷載體的熱容量大，導(dǎo)熱率低，難以在短時間內(nèi)達到催化溫度，無法滿足上述要求。
與陶瓷載體相比，金屬載體具有熱容小、熱導(dǎo)率高的特點，可以顯著改善汽車冷啟動時催化劑的加熱速度，從而提高冷啟動時對尾氣的凈化效果；還可以改善載體內(nèi)部溫度分布的均勻性，特別是當氣缸內(nèi)燃燒不完全的氣體排出到凈化器內(nèi)進行燃燒而大量放熱時，在陶瓷載體中將可能因傳熱慢而導(dǎo)致載體局部過熱，從而使載體受到破壞，采用金屬載體則可以有效的避免這種損壞的發(fā)生。金屬載體具有強度高，壁厚不到陶瓷載體的30％，排氣阻力明顯小于陶瓷載體，與金屬外殼熱膨脹系數(shù)匹配，可以直接焊接等一系列優(yōu)點。
目前，金屬載體采用Al、FeCrAl系不銹鋼等金屬箔，首先壓制成波紋狀，然后卷曲制備。處理工藝為通過高溫氧化，控制氧化氣氛在金屬箔表面獲得氧化鋁纖維，然后再涂覆氧化鋁薄膜，最后浸涂催化劑。存在的主要問題包括工藝復(fù)雜，氧化鋁纖維生長工藝比較苛刻，成本高，附著性能有待進一步提高，金屬載體的表面積有待進一步提高等。而且，采用表面涂覆氧化鋁薄膜，由于基體與氧化鋁之間熱膨脹系數(shù)的差異，附著性很難穩(wěn)定控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜，氧化鋁纖維生長工藝比較苛刻，成本高，附著性能差，金屬載體的表面積小等問題。
為了克服目前金屬載體制備過程中的一系列難點，我們借鑒金屬點蝕的相關(guān)規(guī)律，提出采用腐蝕造孔技術(shù)制備金屬載體的新方法，即通過點蝕處理在金屬載體表面形成大量微納米孔洞，顯著增加比表面積，同時孔洞的存在可以顯著提高催化劑的附著性。
一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是先對金屬載體(通常為金屬箔)進行表面處理，在金屬箔表面制得大量微納米孔洞；再將表面有大量微納米孔洞的金屬箔采用電沉積或溶膠凝膠技術(shù)制備Al2O3薄膜制成金屬載體，把制得的金屬載體浸入催化劑溶液中負載催化劑，干燥，卷曲成型即獲得以金屬為載體的汽車尾氣三元催化器。獲得微納米孔洞的方法包括電化學(xué)腐蝕、絲網(wǎng)印刷后曝光處理、激光刻蝕等技術(shù)，其中，優(yōu)選技術(shù)為電化學(xué)腐蝕技術(shù)。氧化鋁等催化劑載體的制備技術(shù)包括電沉積熱解、溶膠凝膠、高溫氧化等技術(shù)，其中，優(yōu)選技術(shù)為電沉積熱解、溶膠凝膠制膜。
通過上述造孔技術(shù)在FeCrAl不銹鋼表面形成微孔后，可以獲得附著性能優(yōu)良的催化劑載體。
通過點蝕處理在金屬載體表面形成大量微納米孔洞，顯著增加比表面積，同時孔洞的存在可以顯著提高催化劑的附著性。該方法工藝簡單，成本低，氧化鋁薄膜附著性能優(yōu)良。良好的附著性也進一步提高了基體的耐蝕性。


圖1為FeCrAl合金表面微孔化后的SEM表面形貌；圖2為FeCrAl金屬箔表面微孔化后采用電沉積熱解技術(shù)制備的氧化鋁薄膜；圖3為FeCrAl金屬箔表面微孔化后采用溶膠凝膠技術(shù)制備的氧化鋁薄膜；具體實施方式
實施例1FeCrAl金屬箔表面微孔采用電化學(xué)腐蝕造孔技術(shù)，即采用間斷及半波脈沖的通電方式，即半波脈沖每通電1秒鐘接著斷電n秒鐘，n值為0～10，在含有緩蝕劑的電解液中，通過點蝕、鈍化、再點蝕、再鈍化的過程在金屬或金屬涂層的表面形成均勻的微孔。電解溶液采用3％的鹽酸+1％的六次甲基四胺，實驗溫度控制在70℃左右，實驗電流密度在0.8～1A/cm2之間，通電時間為60s。腐蝕后樣品表面形貌如圖1所示。FeCrAl金屬箔表面產(chǎn)生的大量微孔，微孔可以顯著分為兩個層次，大孔尺寸在幾個微米，深度為幾個微米到十幾個微米。小孔尺寸為亞微米級。我們認為，大孔的存在可以為薄膜提供良好的附著性能，小孔的存在可以顯著增大表面級，有利于催化效率。
上述處理FeCrAl金屬箔表面腐蝕形成微孔后，在0.05M的AlCl3酒精溶液中，加15V電壓電沉積20s，然后對試樣進行400℃加熱30min，F(xiàn)eCrAl不銹鋼表面形貌如圖2所示，點蝕后形成的孔洞被Al2O3薄膜填充覆蓋，彎曲后未見涂層剝落，形成了附著性能良好的Al2O3薄膜，該技術(shù)被稱為電沉積熱解技術(shù)。浸入PdCl2催化劑溶液中負載Pd催化劑，干燥，卷曲、成型即獲得以金屬為載體的汽車尾氣三元催化器。
實施例2FeCrAl金屬箔表面微孔化與實施例1相同。上述處理FeCrAl金屬箔表面腐蝕蝕形成微孔后，采用溶膠凝膠薄膜技術(shù)，在FeCrAl不銹鋼表面制備Al2O3薄膜。氧化鋁溶膠凝膠的制備過程如下先配制0.1mol/L的Al(NO3)3的混合水溶液，然后向該溶液中逐滴加入氨水并用磁力攪拌器強力攪拌，直至溶液的pH值大約等于10，并繼續(xù)用磁力攪拌器攪拌2h，使Al3+與氨水完全反應(yīng)生產(chǎn)Al(OH)3，便可獲得Al2O3的膠體溶液。其后，在膠體溶液中添加3％的聚乙烯醇，在80℃水浴中加熱1小時使其充分溶解。然后對試樣進行400℃加熱30min。FeCrAl不銹鋼表面形貌如圖3所示，點蝕后形成的孔洞被薄膜填充覆蓋，但薄膜的均勻性不如電沉積，彎曲后未見涂層剝落，形成了附著性能良好的薄膜。浸入PdCl2催化劑溶液中負載Pd催化劑，干燥，卷曲、成型即獲得以金屬為載體的汽車尾氣三元催化器。
權(quán)利要求
1.一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是先對金屬箔進行表面處理，在金屬箔表面制得大量微納米孔洞；再將表面有大量微納米孔洞的金屬箔采用電沉積或溶膠凝膠技術(shù)制備Al2O3薄膜制成金屬載體，把制得的金屬載體浸入催化劑溶液中負載催化劑，干燥，卷曲成型即獲得以金屬為載體的汽車尾氣三元催化器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是獲得微納米孔洞的方法包括電化學(xué)腐蝕、絲網(wǎng)印刷后曝光處理、激光刻蝕技術(shù)；氧化鋁催化劑載體的制備技術(shù)包括電沉積熱解、溶膠凝膠、高溫氧化技術(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是獲得微納米孔洞的方法是電化學(xué)腐蝕；氧化鋁催化劑載體的制備技術(shù)是電沉積熱解、溶膠凝膠技術(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是把微孔化并涂覆氧化物薄膜的金屬載體浸入PdCl2催化劑溶液中負載Pd催化劑。
5.如權(quán)利要求1所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是金屬載體所用金屬箔為FeCrAl不銹鋼。
6.如權(quán)利要求3或4或5所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是FeCrAl金屬箔表面微孔采用電化學(xué)腐蝕造孔技術(shù)，即采用間斷及半波脈沖的通電方式，即半波脈沖每通電1秒鐘接著斷電n秒鐘，n值為0～10，在含有緩蝕劑的電解液中，通過點蝕、鈍化、再點蝕、再鈍化的過程在金屬或金屬涂層的表面形成均勻的微孔；電解溶液采用1～6％的鹽酸+1％的六次甲基四胺，溫度控制在60～90℃左右，實驗電流密度在0.8～1A/cm2之間，通電時間為30～120s；處理FeCrAl金屬箔表面腐蝕形成微孔后，在0.05M的AlCl3酒精溶液中，加5～20V電壓電沉積1～60s，然后對試樣進行300～600℃加熱30min，點蝕后形成的孔洞被Al2O3薄膜填充覆蓋；浸入PdCl2催化劑溶液中負載Pd催化劑，干燥，卷曲、成型。
7.如權(quán)利要求3或4或5所述的一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，其特征是處理FeCrAl金屬箔表面腐蝕蝕形成微孔后，采用溶膠凝膠薄膜技術(shù)，在FeCrAl不銹鋼表面制備Al2O3薄膜；氧化鋁溶膠凝膠的制備過程如下先配制0.1mol/L的Al(NO3)3的混合水溶液，然后向該溶液中逐滴加入氨水并用磁力攪拌器強力攪拌，直至溶液的pH值大約等于10，并繼續(xù)用磁力攪拌器攪拌1～2h，使Al3+與氨水完全反應(yīng)生產(chǎn)Al(OH)3，獲得Al3O3的膠體溶液；其后，在Al2O3膠體溶液中添加1～5％的聚乙烯醇，在70～90℃水浴中加熱1～3小時，然后對試樣進行300～600℃加熱30min，點蝕后形成的孔洞被Al2O3薄膜填充覆蓋；浸入PdCl2催化劑溶液中負載Pd催化劑，干燥，卷曲、成型。
全文摘要
一種汽車尾氣金屬載體三元催化器制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域特別涉及汽車用三元催化器金屬載體制備技術(shù)。其特征是先對金屬箔進行表面處理，在金屬箔表面制得大量微納米孔洞；再將表面有大量微納米孔洞的金屬箔采用電沉積或溶膠凝膠技術(shù)制備Al
文檔編號B01J37/025GK101045205SQ200610114608
公開日2007年10月3日 申請日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月17日
發(fā)明者孔祥華, 何業(yè)東, 陳偉, 李林青, 段方苗, 張東升 申請人:北京科技大學(xué)